KHẢO SÁT, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW

Đồ án đã thực hiện được các nội dung sau: • Giới thiệu tổng quan về phần mềm Labview • Khảo sát card thu thập dữ liệu đa năng 9090 • Thiết kế và thi công mô hình cảnh báo trên xe ô tô thông qua card USB9090 và phần mềm Labview • Có kiến thức cơ bản về lập trình Labview , về cách thức giao tiếp với các thiết bị qua chuẩn giao tiếp thông dụng. • Tạo một tài liệu tiếng việt về cách thức lập trình , giao tiếp của ngôn ngữ Labview cho người mới bắt đầu . • Tạo một thư viện bài tập ứng dụng cơ bản về lập trình giao tiếp Labview

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN TUẤN TRUNG Ngành Học : CƠ - ĐIỆN TỬ

Niên Khóa : 2009-2013

Tháng 6/2013

KHẢO SÁT, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ

ĐỘNG TRÊN Ô TÔ BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW

Tác giả

NGUYỄN TUẤN TRUNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn Ths NGUYỄN LÊ TƯỜNG

Tháng 6 năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường Đại Học Nông Lâm TPHCM

và quý Thầy Cô trong khoa CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ đã trang bị cho em những kiếnthức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường để em có

đủ những kiến thức để thực hiện đề tài một cách tốt nhất

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ emnhiệt tình trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với cô Nguyễn Lê Tường đã tậntình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Đặc biệt , em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong hội đồng đã dành thờigian để nhận xét và góp ý cho đề tài của em hoàn thiện hơn và cho tính ứng dụng của

đề tài cao hơn

Cuối cùng , em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã độngviên, ủng hộ và luôn tạo điều kiện cho chúng em mọi điều kiện thuận lợi trong suốtquá trình hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày , Tháng , Năm 2013

Sinh Viên Thực HiệnNguyễn Tuấn Trung

TÓM TẮT

Giới thiệu đề tài :

Đề tài: Khảo sát, thiết kế và chế tạo hệ thống cảnh báo tự động trên ô tô bằng phần mềm Labview

- Đồ án đã thực hiện được các nội dung sau:

 Giới thiệu tổng quan về phần mềm Labview

 Khảo sát card thu thập dữ liệu đa năng 9090

 Thiết kế và thi công mô hình cảnh báo trên xe ô tô thông qua card USB-9090 vàphần mềm Labview

 Có kiến thức cơ bản về lập trình Labview , về cách thức giao tiếp với các thiết

bị qua chuẩn giao tiếp thông dụng

 Tạo một tài liệu tiếng việt về cách thức lập trình , giao tiếp của ngôn ngữ

Labview cho người mới bắt đầu

 Tạo một thư viện bài tập ứng dụng cơ bản về lập trình giao tiếp Labview

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Tổng quan về ô tô 1

1.1.1 Ô tô là gì? 1

1.1.2 Lịch sử phát triển của ô tô 1

1.2 Tầm quan trọng của cảnh báo 2

1.3 Mục tiêu đề tài 2

1.4 Giới hạn đề tài 2

Chương 2 3

TỔNG QUAN 3

2.1 Khảo sát phần mềm Labview 3

2.1.1 Tổng quan về Labview 3

2.1.2 Cách thức làm việc của Labview 5

2.1.3 Các phương thức giao tiếp trong Labview với các thiết bị 6

2.1.4 Khảo sát một số card giao tiếp máy tính 9

2.1.5 Các thiết bị và linh kiện điện tử sử dụng trong mô hình: 13

2.1.6 Phương pháp điều khiển động cơ 17

2.1.7 Webcam colorvis 2008 được sử dụng trong đề tài 22

Chương 3 23

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Nội dung đề tài 23

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23

3.1.2 Phương tiện 23

3.2 Phuơng pháp thực hiện 24

3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 24

3.2.2 Phương pháp lập trình Labview(Xem phụ lục – bảng 2) 24

Chương 4 25

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

4.1 Sơ đồ khối của mô hình 25

4.2 Kết quả và thi công 26

4.2.1 Mạch kết nối động cơ DC với card 26

4.2.2 Mạch kết nối cảm biến quang hình chữ U (WCY H42B6) với card 27

4.2.3 Sơ đồ kết nối giữa card và thiết bị cảnh báo (đèn , chuông ) 29

4.2.4 Sơ đồ kết nối giữa card với cảm biến khoảng cách và nguyên lý hoạt động 30 4.2.5 Lưu đồ giải thuật 34

Với: 34

4.3 Thiết kế phần mềm điều khiển 36

4.4 Kết quả khảo nghiệm 39

Chương 5 42

5.1 Kết luận: 42

5.2 Đề nghị: 42 Tài liệu tham khảo

Phụ lục

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Mô tả cụ thể các chân của card 9090 như sau: 12

Bảng 2.2: Đặc tính của cảm biến 15

Bảng 2.3: Thuộc tính về điện 15

Bảng 2.4: Thông số vật lý 15

Bảng 4.1: Bảng đo được tỷ lệ tương ứng giữa khoảng cách và điện áp ra của cảm biến GP2Y0A02 F 25 33

Bảng 4.2: Kết quả khảo nghiệm khoảng cách 39

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.2: Cổng COM 9 chân 6

Hình 2.3:Cổng COM loại 25 chân 6

Hình 2.4: VISA configure serial Port.vi 7

Hình 2.5: VISA Write.vi 8

Hình 2.6:VISA READ.vi 8

Hình 2.7: Card USB-6008 9

Hình 2.8: Card NI PCI7356 10

Hình 2.9: Card USB 9090 11

Hình 2.10: Sơ đồ chân card 9090 11

Hình 2.11: Động cơ DC trong xe điều khiển từ xa 13

Hình 2.12: Cảm biến SHARP 2Y0A02 F25 14

Hình 2.13: Bảng tỷ lệ giữa khoảng cách và Điện áp 14

Hình 2.14: Cảm biến quang hình chữ U WCY H42B6 15

Hình 2.15: Sơ đồ chân của cảm biến H42B6 16

Hình 2.16: Bảng đặt điểm quang điện của cảm biến H42B6 16

Hình 2.17: Khối tạo xung tín hiệu trong Labview 17

Hình 2.18: Giản đồ xung 18

Hình 2.19: Mạch Xung Đóng, Ngắt C1815 19

Hình 2.20: Sơ đồ xung van điều khiển và đầu ra 19

Hình 2.21: Chế độ ON/OFF trong Labview 21

Hình 2.22: Webcam 22

Hình 4.1: Sơ đồ khối của mô hình 25

Hình 4.2: Mạch kết nối động cơ với card 26

Hình 4.3: Lắp transistor trực tiếp lên động cơ DC 5v 27

Hình 4.4: Mạch kết nối cảm biến chữ U với card 28

Hình 4.5: Cảm biến chữ U thu số vòng quay 28

Hình 4.6: Mạch kết nối thiết bị cảnh báo với card 29

Hình 4.7: Đèn và chuông trên mô hình 30

Hình 4.8: Mạch kết nối cảm biến khoảng cách với card 30

Hình 4.9: Cách lắp cảm biến khoảng cách và camera lên mô hình 31

Hình 4.10: Biểu đồ tỷ lệ giữa khoảng cách với mức điện áp ra 31

Hình 4.11: Công thức có được từ datasheet của cảm biến 32

Hình 4.12: Biểu đồ tỷ lệ giữa khoảng cách và điện áp 32

Hình 4.13: Lưu đồ giải thuật hoạt động của mô hình 35

Hình 4.14: Giao diện chương trình điều khiển khoảng cách và thiết bị cảnh báo 36

Hình 4.15: Giao diện chương trình thu tốc độ động cơ 37

Hình 4.16: Giao diện mô phỏng vận tốc động cơ 38

Hình 4.17: Giao diện mô phỏng khoảng cách và chụp camera 38

Hình 4.18: Đồ thị biểu diễn khoảng cách 39

Hình 4.19: Khảo nghiệm đo bằng thước và mô hình 40

Hình 4.20: Mô hình hoàn thiện & kết nối máy tính 41

Chương 1

MỞ ĐẦU1.1 Tổng quan về ô tô

1.1.1 Ô tô là gì?

Ô tô là phương tiện cơ giới đường bộ dùng để chở người, hàng hoá hoặc phụcvụmột nhiệm vụ đặc biệt Chiếc ô tô ngày nay đã quá quen thuộc với chúng ta, nó cótầm quan trọng vô cùng lớn trong đời sống của chúng ta: Xe ô tô là một trong nhữngphương tiện giao thông đường bộ chủ yếu Nó có tính cơ động cao và phạm vi hoạtđộng rộng Do vậy, trên toàn thế giới ô tô hiện đang được dùng làm phương tiện đi lạicủa cá nhân, vận chuyển hành khách hoặc hàng hóa phục vụ cho nhu cầu phát triểnkinh tế xã hội, an ninh quốc phòng

1.1.2 Lịch sử phát triển của ô tô

- Năm 1650 chiếc xe có bốn bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng

- Năm 1769 đánh dấu sự ra đời của động cơ máy hơi nước

- Năm 1860 động cơ bốn kỳ chạy ga ra đời đánh dấu cho sự ra đời của ô tô con

- Năm 1864 động cơ bốn kỳ chạy xăng ra đời và sau 10 năm loại xe với động cơ này đạt được công suất 20 kw và có thể đạt vận tốc 40 km/h

- Năm 1885, Karl Benz chế tạo một chiếc xe có một máy xăng nhỏ đó là chiếc ô tô đầutiên

- Năm 1891 ô tô điện ra đời ở Mỹ

- Sau khi lốp khí nén ra đời, 1892 Rudolf Diesel đã cho ra đời động cơ Diesel và đã cho chế tạo hàng loạt

- Ngày nay chiếc ô tô không ngừng phát triển và hiện đại, công nghiệp xe hơi đã trở thành ngành công nghiệp đa ngành

+ Xe hơi có hộp số tự động ra đời vào năm 1934

+ Năm 1967 xe hơi có hệ thống phun xăng cơ khí

+ Năm 1971 ra đời hệ thống phanh ABS

+ Năm 1979 ra đời hệ thống EBD …

+ Tốc độ của xe cũng được cải thiện không ngừng: Năm 1993 vận tốc của xe đạt 320 km/h và đến năm 1998, Vmax= 378 km/h Cho đến nay ô tô có thể đạt tốc độ lớn hơn 400km/h.

Những chiếc Ô tô ngày nay phát triển không ngừng về chủng loại, tính năng, biện pháp an toàn

1.2 Tầm quan trọng của cảnh báo

Tai nạn giao thông luôn là nỗi ám ảnh với người lái xe đường dài Nguyên nhân

có thể do người điều khiển xe quá mệt mỏi, do đường xá xuống cấp, do phóng nhanhquá tốc độ cho phép Tất cả những điều đó dẫn đến nhu cầu về một thiết bị cảnh báo,

hỗ trợ người lái tránh những tình huống xấu nhất có thể xảy ra Nhận biết được sựnguy hiểm đó ,các nhà sản xuất đã cải tiến và cho ra những dòng xe hiện đại , tích hợpnhiều thiết bị tiên tiến , giúp cho người sử dụng không bị những sự cố đáng tiếc xảyra…

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật , sự xuất hiện của chip , và máy tính cùng vớinhững thành tựu đạt được đã giúp ta có cái nhìn mới và ngày càng chủ động hơn đốivới vấn đề tự động hóa Bên cạnh đó , việc sử dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường vàđiều khiển đã đem lại kết quả đầy tính ưu việt Đặc biệt hơn khi ứng dụng máy tínhvào kỹ thuật đo lường , giám sát và điều khiển các thiết bị cảnh báo là một vấn đề hếtsức tối ưu Nó có thể giúp ta giám sát , thu thập , và điều khiển chính xác các thiết bịmột cách hiệu quả Qua đó , với những kiến thức và trong phạm vi hiểu biết của

mình ,em đã tìm hiểu và thực hiện đề tài : “Khảo sát, thiết kế và chế tạo hệ thống cảnh báo tự động trên ô tô bằng phần mềm Labview”

1.3 Mục tiêu đề tài

- Khảo sát và nghiên cứu Labview , nghiên cứu và chế tạo hệ thống cảnh báotrên xe ô tô bằng Labview , đồng thời tạo được giao diện điều khiển động cơ,tốc độđộng cơ và thu thập các số liệu cảnh báo bằng phần mềm Labview

1.4 Giới hạn đề tài

- Đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu điều khiển và thu nhận các thông số của cácthiết bị cảnh báo trên xe ô tô và giới hạn phạm vi hoạt động của xe do khoảng cáchcảm biến nhận được trong phạm vi ngắn

Chương 2

TỔNG QUAN2.1 Khảo sát phần mềm Labview

2.1.1 Tổng quan về Labview

LabVIEW viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering

Workbench (tạm dịch là Bàn công nghệ đo lường ảo dùng cho phòng thí nghiệm) là một môi trường nền và phát triển cho một ngôn ngữ lập trình đồ họa của hãng NationalInstruments có địa chỉ trang web LabVIEW được phát triển từ năm 1986, ban đầu dùng cho hãng Apple Macintosh LabVIEW được sử dụng rộng rãi để nhận dữ liệu, điều khiển thiết bị và tự động hóa trong công nghiệp chạy trong nhiều nền hệ điều hành khác nhau như Windows, Unix, Linux và Mac OS Phiên bản hiện hành là

Hình 2.1:Icon Labview

Ngày nay LabVIEW có nhiều công cụ và các mô đun khác nhau làm choLabVIEW có chức năng tính toán mạnh ngang với MATLAB và Simulink trong lậptrình phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển, xử lý số liệu, nhận dạng hệ thống, toánhọc, mô phỏng, và nhiều chức năng khác Ngoài ra, LabVIEW còn hỗ trợ rất nhiềuphần cứng như bảng giao diện dữ liệu vào ra (bảng nhận dữ liệu, DAQ, dataacquisition), bus truyền thông dữ liệu CAN dùng trong đo lường và tự động hóa do NIsản xuất Giao tiếp dữ liệu với phần cứng của các hãng khác cũng có thể thực hiệnđược nhờ vào số lượng lớn các bộđiều khiển mềm (drivers) và hỗ trợ các tiêu chuẩngiao tiếp như CAN bus, OPC, Modbus, GPIB, v.v.v… Mô đun LabVIEW SimulationInterface Toolkit cho phép người dùng có thể tạo giao diện với MATLAB và Simulinkcủa hãng Mathworks.

Labview có những thư viện mở rộng về hàm và chương trình con dùng để lậptrình trong các hệ điều hành Windowns , Masintons , và sun Ngoài ra , Labview cũng

có những thư viện ứng dụng riêng cho việc thu nhận dữ liệu và thiết bị điều khiển theochuẩn VXI , các thư viên ứng dụng riêng cho chuẩn GPIB và thiết bị điều khiển nốitiếp , phân tích trình bày và lưu trữ dữ liệu

Chương trình Labview được gọi là các thiết bị ảo (VI :Virtual Instruments) vìgiao diện và cách thức hoạt động của nó tương tự như thiết bị thật Các VI có giaodiện với người sử dụng và một mã nguồn tương đương tiếp nhận các thông số từ VIcao hơn VI có 3 đặc trưng sau:

 VI chứa một giao diện với người sử dụng được gọi là mặt máy (front panel) vì

nó mô phỏng mặt trước của một dụng cụ vật lý Mặt máy có thể bao gồm nútnhấn , biểu đồ , nút điều khiển và các bộ phận chỉ thị khác Ta đưa số liệu vàobằng cách sử dụng bàn phím và chuột , sau đó quan sát kết quả trên màn hìnhcủa máy tính

 VI tiếp nhận lệnh bằng sơ đồ khối (Block Diagram) , mà ta tạo nên bằng G Sơ

đồ khối này dùng cung cấp một giải pháp đồ họa cho một vấn đề lập trình Sơ

đồ khối chứa mã nguồn VI

 VI sử dụng cấu trúc modun và phân cấp Ta có thể sử dụng chúng như cácchương trình bậc cao hoặc như các chương trình con bên trong chương trìnhkhác hoặc chương trình con khác Một VI trong một VI khác được gọi là VIcon(SubVI) Biểu tượng và cửa sổ nối của VI làm việc giống như liệt kê thông

số đồ họa sao cho các VI khác có thể truyền số liệu tới nó như một Sub VI

 Labview được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp , trường đại học và các việnnghiên cứu trên thế giới như một phần mềm chuẩn để thu nhận dữ liệu và điềukhiển thiết bị Labview đã được sử dụng rộng rãi từ năm 1993 trong việnnghiên cứu không gian y học , trong nghiên cứu vật lý năng lượng cao ,v…v.Labview có thể biến một máy tính PC thành một dụng cụ ảo dùng cho bất kỳphép đo và kiểm tra nào Có 3 thành phần quan trọng liên quan đến ứng dụng

đo và thử nghiệm đó là : thu nhận dữ liệu , phân tích và quan sát số liệu

2.1.2 Cách thức làm việc của Labview

LabVIEW chứa đựng đầy đủ các thư viện hàm và thủ tục phục vụ cho công cụlập trình Ngoài ra, LabVIEW còn cung cấp các thư viện cho những ứng dụng cụ thểnhư thu thập, phân tích, hiển thị và lưu trữ dữ liệu, điều khiển thiết bị theo chuẩn nốitiếp hay GPIB Ta có thể đặt điểm ngừng, thi hành chương trình động và chạy từngbước suốt chương trình để gỡ rối

Khả năng mềm dẻo của LabVIEW còn cho phép ta tạo ra các ứng dụng riêng,cung cấp phương thức nhanh chóng để điều khiển thiết bị, thu dữ liệu và điều khiển hệthống Nó còn hỗ trợ cho việc kết nối các ứng dụng của Internet thông qua LabVIEWweb server và các chuẩn phần mềm như mạng TCP/IP và active X

LabVIEW hỗ trợ giao tiếp với phần cứng như GPIB, VXI, RS – 232

RS – 485 và các thiết bị thu dữ liệu cắm vào máy tính Sử dụng LabVIEW có thể tạo

ra các ứng dụng biên dịch 32 bit tốc độ cao, có khả năng chia sẻ với các ứng dụngkhác như DLL

Chương trình LabVIEW cung cấp cho người sử dụng các chức năng về điềukhiển, khả năng giao diện đồ hoạ và các hàm chức năng

2.1.3 Các phương thức giao tiếp trong Labview với các thiết bị

Labview có thể giao tiếp với hầu hết các chuẩn giao thức truyền thông trong côngnghiệp: Ethernet , Can, Device Net, USB, IEEE1934, RS232, GPIB, RS 485…

2.1.3.1 Truyền thông nối tiếp

2.1.3.1.1 Giới thiệu cổng truyền thông nối tiếp (Com)

A Cấu tạo và thành phần các chân cổng Com

Trên máy tính thường có 2 loại cổng Com , loại cổng 9 chân và 25 chân , bảngdưới đây chỉ ra tất cả các đường dẫn nối với các chân

Hình 2.2:Cổng COM 9 chân

Hình 2.3:Cổng COM loại 25 chân

Việc trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp trong các trường hợp thông thường đềuqua đường dẫn truyền nối tiếp TxD và đường dẫn nối tiếp RxD Tất cả các đường dẫncòn lại có chức năng phụ trợ khi thiết lập và điều khiển cuộc truyền dữ liệu Cácđường dẫn này gọi là các đường dẫn bắt tay bởi vì chúng được sử dụng theo phươngpháp ký nhận giữa các thiết bị Ưu điểm đặc biệt của đường dẫn “bắt tay” là trạng tháicủa chúng có thể đặt hoặc điều khiển trực tiếp

B Chuẩn RS232

Chuẩn RS-232 sử dụng phương thức truyền bất đồng bộ từng bit một Theo mộtkhuôn mẫu dữ liệu với các bit bắt đầu và bit dừng Ta thấy rõ tại một thời điểm chỉ cómột ký tự được truyền và có khoảng thời gian phân cách giữa chúng khoảng thời giantrì hoãn này thực chất là khoảng thời gian hoạt động không hiệu quả và được đặt ởmức logic cao (-12) Bộ truyền gửi một bit bắt đầu để thông báo cho bộ phận nhậnbiết 1 ký tự sẽ được gửi đến trong lần chuyển bit tiếp theo Bit bắt đầu này luôn luôn ởmức 0 Tiếp theo 5,6 hay 7 bit dữ liệu được gửi dưới dạng ký tự mả ASCII rối đến làmột bit chẵn lẽ , cuối cùng 1 hoặc 2 bit dừng Khoảng thời gian phân cách giữa 1 bitđơn quy định tốc độ truyền Cả bộ truyền lẫn bộ nhận đều phải được đặt ở 1 khoảngthời gian

C Giao tiếp Labview qua truyền thông nối tiếp

Để giao tiếp Labview với các thiết bị qua chuẩn nối tiếp RS-232 như đã đề cập ởphần giao tiếp qua cổng LPT , đó là ta sử dụng các khối VISA trong hộp serial Trong

đó có 3 khối SubVI cơ bản và quan trọng : VISA configure serial Port.vi , VISA Write

và Read.vi

Hình 2.4:VISA configure serial Port.vi

Đường dẫn : Funtion>Instrument I/O> Serial> Configure Port

Chức năng : Khởi tạo cổng nối tiếp thực hiện giao tiếp với COM 1 hay COM 2 …

Thiết lập các thông số qua cổng COM như bit dữ liệu , start bit, stop bit , bit chẵn lẽ …

Hình 2.5:VISA Write.vi

Đường dẫn : Funtion>Instrument I/O> Serial> Write

Chức năng : Ghi ký tự từ Write buffer tới thiết bị đã dược chỉ định ở VISA resource

name , và đưa ra số bite truyền qua đường return count

Hình 2.6:VISA READ.vi

Đường dẫn : Funtion>Instrument I/O> Serial> read

Chức năng: Đọc số byte từ thiết bị và trả về giá trị dữ liệu đọc được về read buffer

Ngoài 3 khối VISA cơ bản trên thì trong hộp Serial còn có các khối VISA SubVI với các nhiệm vụ khác nhau trong một ứng dụng truyền thông nối tiếp :VISA Close.vi, VISA Serial break.vi…

2.1.4 Khảo sát một số card giao tiếp máy tính

2.1.4.1 Card thu thập dữ liệu đa năng USB-6008

Card USB-6008 là một trong nhiều thiết bị DAQ do hãng National Instrumentsphát triển Và ngôn ngữ lập trình Labview cũng ra đời nhằm mục đích hỗ trợ cho cácthiết bị này trong việc ứng dụng vào thu nhận , xử lý và điều khiển tín hiệu

Hình 2.7: Card USB-6008

Trong Labview có sẵn một hộp chứa các Vis DAQmx chuyên dụng với các chứcnăng, nhiệm vụ đa dạng nhằm hỗ trợ cho các thiết bị trong quá trình đo lường và điềukhiển

-Bạn cần đo tín hiệu analog như tín hiệu điện áp của bất kỳ cảm biến nào Ví dụ :cảm biến nhiệt độ , cảm biến độ ẩm , áp suất… NI-6008 cho phép bạn thực hiện nhucầu trên với các tính năng và ưu điểm sau :

-Dễ dàng thực hiện việc giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB với chu kỳlấy mẫu nhanh , độ chính xác cao

-Tự động xuất ra các bản đồ , cung cấp và hỗ trợ đầy đủ các công cụ phân tích,hiển thị và truy xuất dữ liệu thu được bằng việc sử dụng ngôn ngữ Labview

-Thực hiện các thí nghiệm trong trường học , công ty , hoặc gia đình

Có thể dùng với hệ điều hành Windows, Linux, Mac

2.1.4.2 Card NI PCI7356

Card NI PCI do Hoa Kỳ sản xuất được sử dụng trong các robot công nghiệp tạicác nước phát triển Nhật , Hàn , Hoa Kỳ , Đức Card có thể điều khiển trong các hệthống yêu cấu độ chính xác đạt Micromet

2.1.4.3 Card USB-9090

Hình 2.9: Card USB 9090

Hình 2.10: Sơ đồ chân card 9090

Card USB HDL 9090 là card thu thập dữ liệu và xuất tín hiệu điều khiển đa năngthế hệ tiếp theo của HDL 9001 Ngoài các chức năng đã có trên HDL 9001 như thuthập dữ liệu từ các cảm biến, điều khiển ON/OFF, điều chế xung PWM v.v HDL

9090 còn có chức năng Digital Input giúp bạn ứng dụng linh hoạt hơn Với tính năngvượt trội nhưtốc độ cao ADC cao hơn 5 lần và chính xác hơn 4 lần so với HDL 9001,card USB 9090 là lựa chọn tối ưu cho ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển củabạn

Bảng 2.1:Mô tả cụ thể các chân của card 9090 như sau:

DIR Set bộ đếm xung đếm lên(5v)hay đếm

xuống(0v)

Input

PWM1-PWM2 Xuất tín hiệu PWM để điều khiển Output

ADC1-ADC6 Nhận tín hiệu vào tương tự (Analog)

2.1.5 Các thiết bị và linh kiện điện tử sử dụng trong mô hình:

2.1.5.1 Động cơ DC 5V

Hình 2.11: Động cơ DC trong xe điều khiển từ xa

Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp namchâm vĩnh cửu, haynam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ

là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường

bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặtvào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện

Điều khiển tốc độ của động cơ có thể bằng cách điều khiển bộ cấp nguồn thay đổiđược, dùng điện trở hoặc mạch điện tử

Điện áp tác dụng có thể thay đổi bằng cách xen vào mạch một điện trở nối tiếphoặc sử dụng một thiết bị điện tử điều khiển kiểu chuyển mạch lắp bằng Thyristor,transistor…

2.1.5.2 Cảm biến quang SHARP 2Y0A02 F 25 được sử dụng trong đề tài

Hình 2.12:Cảm biến SHARP 2Y0A02 F25

Đây là cảm biến phổ biến của hãng SHARP sản xuất đầu ra tương tự từ 150cm Cảm biến này có thể cho biết khoảng cách tới đối tượng ở một phạm vi rất hẹp chẳng hạng như một bức tường … , chướng ngại vật

20cm-Hình 2.13:Bảng tỷ lệ giữa khoảng cách và Điện áp

Thông số của cảm biến

Bảng 2.2:Đặc tính của cảm biến

Nhiệt độ hoạt động tối thiểu −100C

Nhiệt độ hoạt động tối đa 600C

2.1.5.3 Cảm biến quang hình chữ U WCY H42B6 được sử dụng trong đề tài

Hình 2.14: Cảm biến quang hình chữ U WCY H42B6

Hình 2.15:Sơ đồ chân của cảm biến H42B6

Hình 2.16: Bảng đặt điểm quang điện của cảm biến H42B6

2.1.6 Phương pháp điều khiển động cơ

Trong thực tế có rất nhiều phương pháp để điều khiển động cơ có thể kể ra như:-Điều khiển chế độ ON/OFF

-Điều khiển bằng phương pháp PWM

-Điều khiển bằng thuật toán PID

-Điều khiển bằng Fuzzy logic

Trong phạm vi đề tài này đề cập đến phương pháp điều chỉnh độ rông xung bằngPWM thông qua khối cấp tín hiệu xung trong Labview

Hình 2.17:Khối tạo xung tín hiệu trong Labview

Đây là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương phápđiều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện

áp ra Bằng cách điều chỉnh tần số và chu kỳ độ rộng xung qua 2 thông số Dutycycle(%) và Frequency , chuỗi xung sẽ được kích ra ngõ ra tín hiệu số (SW1-SW4 củacard điều khiển 9090) cung cấp điện áp cho tải hoạt động (động cơ dc 5v)

2.1.6.1 PWM

- Trước khi tìm hiểu sâu ta tìm hiểu định nghĩa PWM là gì Như vậy , phươngpháp điều khiển PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương phápđiều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thayđổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra Các PWM khi biếnđổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm

Hình 2.19:Mạch Xung Đóng, Ngắt C1815

Hình 2.20: Sơ đồ xung van điều khiển và đầu ra

Nguyên lí :

Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho trans dẫn,toàn bộ điện áp nguồn Ud đượcđưa ra tải Còn trong khoảng thời gian to - T cho trans khóa, cắt nguồn cung cấp chotải Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóahoàn toàn điện áp cung cấp cho tải

+ Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :

Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm

và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải

==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D

với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM

Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ là :

+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)

+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)

+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)

Các phương pháp tạo ra được PWM để điều khiển

Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng vàbằng phần mềm Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trựctiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556 Trong phần mềm được tạobằng các chip có thể lập trình được Tạo bằng phần mềm thì độ chính xác cao hơn làtạo bằng phần cứng Nên người ta hay sử dụng phần mềm để tạo PWM

2.1.6.2 Bằng phương pháp ON/OFF

Trong Labview phương pháp ON/OFF là phương pháp thực hiện việc đóng ngắtdòng điện thông qua nút Button , bật/ tắt chế độ True hoặc False Với việc đóng ngắt

đó , thiết bị đầu ra sẽ có hay không có dòng điện chạy qua

Hình 2.21: Chế độ ON/OFF trong Labview

2.1.7 Webcam colorvis 2008 được sử dụng trong đề tài

Được xem là “thiên lý nhãn” của thời số hóa, webcam đã giúp người dùng máytính biết được "diện mạo" của nhau cho dù cả hai đang ở cách xa đến nửa vòng tráiđất.Bạn có thể dùng Webcam để gởi nhanh một cánh thiệp điện tử, tặng ảnh cá nhân,chụp hình kỹ thuật số, giám sát những khu vực nhạy cảm hoặc chia sẻ trực tuyến mànhình máy tính mà bạn đang làm việc với người khác

Hình2.22:Webcam